книги / Устройство автогрейдера и расчёт рабочего оборудования

где / - коэффициент сопротивления качению, для случая движения авто­ грейдера по твердому пути/ = 0,04;

Кмакс - максимальная скорость движения автогрейдера, принимают равной 40 км/ч.

Из найденных двух значений мощности выбираем максимальную и далее используем ее в расчетах. Найденная максимальная мощность сов­ падает с номинальной рассчитываемого автогрейдера.

Длину отвала рассчитывают по формуле

ior»=(0,7 0,76) + 1,2 - 0,76- -fio j + 1,2 = 3,7 м,

где та- масса автогрейдера, та= G/g = 105,3 / 9,81= 10,7 т.

Высота отвала

Яотв= 0,2 Z,0XB- 0,12 = 0,2-3,7 - 0,12 = 0,62 м.

Радиус кривой отвала

R = # отв/ (cos у + cos а) = 0,62 / (cos 65° + cos 50°) = 0,58 м.

В поперечном сечении профиль отвала обычно очерчивается по дуге окружности (рис. 1). При таком профиле стружка вырезаемого грунта, пе­ ремещаясь по отвалу вверх, поворачивается на нем в направлении его движения и, дойдя до верхней кромки отвала, рассыпается или опрокиды­ вается перед ним, образуя призму грунта.

Чтобы исключить пересыпание грунта за отвал, угол опрокидывания \\) принимают равным 65 70°. При установке углов должно быть обеспе­ чено равенство

а + © + ц/ = я,

т.е. ш = п - а - \|/ = 180° - 50° - 65° = 65°.

РисЛ. Поперечный профиль отвала

База автогрейдера выбирается из условия возможности разворота от­ вала (рис. 2):

L = Li + 0,5 D + 0,5 А' = 4,45 + 0,5-1,2 + 0,5-0,6 = 5,35 м,

где L - база трехосного автогрейдера;

L\ - база двухосного автогрейдера,

£огв - длина отвала,

£отн = 3,72 м; Ъ- колея автогрейдера, Ъ - 2,0 м; А - минимальный зазор между отвалом и колесом, А = 55 мм = 0,055 м);

D - внешний диаметр шины, D = 1,2 м;

А' - минимальный зазор между задними колесами, А' = 0,6 м.

Рис.2. Ходовое устройство автогрейдера

Размеры Ъи тв и связанного-с ними j

ра (см. рис. 2) выбирают такими, чтобы машина имела наименьшие разме­ ры. Однако назначение наименьших величин этих параметров обусловли­ вается следующим. Устойчивость движения автогрейдера при вырезании стружки с наибольшей шириной захвата обеспечивается, если колеса авто­ грейдера идут по краям забоя. Размеры Ъ и 10ХВберут из технической ха­ рактеристики рассчитываемого автогрейдера.

Все данные определяют по чертежу или берут из технической харак­ теристики стандартного автогрейдера.

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОГРЕЙДЕРА

В процессе работы автогрейдера возникают различного характера и разной величины силы сопротивления его движению.

Для определения сопротивлений, возникающих в рабочем режиме при резании и перемещении грунта автогрейдером определенного типа, долж­ ны быть известны род грунта и его характеристики, размеры отвала и углы его установки, вес автогрейдера.

Тяговый расчёт автогрейдера позволяет оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки. Для нормального протекания процессов резания, перемещения грунта или планирования по­ верхностей необходимыми являются условия ZW < Тн и ZW —Др, где Тц — номинальное значение силы тяги автогрейдера на используемой передаче

где Т]т- КПД трансмиссии;

К- скорость движения, V= 4 км/ч =1,1 м/с.

Предельное значение тягового усилия по сцеплению с грунтом:

= <7СЦфСц= 79-0,6 = 47,4 кН,

где Gcu - сцепной вес (вес, приходящийся на ведущие колеса), (7СЦ= G\|/i = = 105,3-0,75 = 79 кН.

фсц - коэффициент сцепления колес с грунтом, (рсц = 0,6.

Суммарное сопротивление копанию автогрейдером (в кН)

IlW =W l +W2^ W 3+W4 +W5+W6+ Wb

где W\ - сопротивление грунта резанию,

^ 2=Ц2 Gnp sin у /К р= 0,5-11-sin 65° /1,2 = 4,3 кН,

где Ц2 - коэффициент внутреннего трения грунта, Ц2 = 0,5;

Gnp - вес призмы грунта перед отвалом, Gnp= Угр g Кпр= 1800-9,81-0,62 =

Сопротивление перемещению стружки грунта вверх по отвалу

W3= pi Gnpcos2a-sin cp = 0,9*3,4 cos2 50°-sin 65° = 1,2 KH,

где px - коэффициент трения грунта по отвалу, pi = 0,9; a - угол резания ножа, a = 50°.

Сопротивление перемещению стружки грунта вдоль по отвалу

W^—pi р2 Gnp cos cp = 0,9*0,5-3,4 cos 65° = 0,5 кН.

Сопротивление перекатыванию колес

W$= G cos (3 [(1 - а) / + a pi] =

= 105,3 cos 0° [(1 - 0,25) 0,05 + 0,25-0,9] = 27,6 кН,

где 3 - угол подъема участка работы в направлении движения, Р = 0°; / - коэффициент сопротивления качению на колесах, для пневмоко-

лесного хода/ = 0,05; а - коэффициент, учитывающий часть силы тяжести, воспринимаемой

отвалом, а = 0,25.- ---- ------------ -------------------- ------

Сопротивление от преодоления подъема

We= G sin i = 105,3 sin 0° = 0,

где G - вес автогрейдера, G = 105,3 кН;

i - уклон местности, принимают равным 0°.

Сопротивление от сил инерции Wj считают равными 0, так как при­ нимают, что движение автогрейдера происходит без ускорения и без пере­ ключения скоростей, т.е. при установленном движении. Тогда полное со­ противление

Ш= W!+ W2+ W3+WA+ W5+ W6+ Wj ~

=9 + 4,3 + 1,2 + 0,5 + 27,6 + 0 + 0 = 42,6 KH.

Проверим, соблюдаются ли условия ZfV= 42,6 кН < Г„ = 61,6 кН и 42,6 кН <Гф= 47,4 кН.

Условия соблюдаются, значит, данный автогрейдер подходит для ра­ бот в выбранных условиях.

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА

Расчет основной рамы

Первое расчетное положение. В первом расчетном положении, соот­ ветствующем нагрузкам, возникающим в процессе нормальной эксплуата­ ции автогрейдера, наиболее неблагоприятные условия возникают в конце

зарезания, когда отвал режет грунт одним концом, опущенным настолько, что передний мост вывешен и упирается в край кювета, задние колеса бук­ суют на месте, работа производится на поперечном уклоне с углом X, = 16°.

В этих условиях основная рама оказывается максимально нагружен­ ной нормальными нагрузками (рис. 3). В центре тяжести автогрейдера со­ средотачивается сила его веса G и равнодействующая сил инерции Ри, ко­ торая раскладывается на две составляющие, так как автогрейдер работает на уклоне. Первая, равная G cos X, действует перпендикулярно опорной поверхности, а вторая, G sin X, - параллельно ей.

Координаты Я (м) и / (м) центра тяжести современных автогрейдеров приблизительно определяют из соотношений:

Я = гс + 0,5 = 0,56 + 0,5 = 1,06 м, / = 0,3 L = 0,3-5,83 = 1,75 м,

где гс- статический радиус колеса, гс= 0,93 гк= 0,93-0,6 = 0,56 м (здесь гк - радиус колеса, гк= 0,6 м); L - колесная база, L = 5,83 м.

Рис. 3. Схема сил, действующих на автогрейдер в первом расчетном положении

Размеры L = 5,83 м, L\ = 4,8 м, / = 1,45 м, п = 2,32 м, т = 1,3 м, а = 0,05 м, А = 1,1 м, q = 0,46 м, с = 0,9 м, h = 0,25 м, гк= 0,6 м, Ъ= 2,0 м снимают с чертежа.

В центре тяжести автогрейдера помимо его веса сосредотачивается равнодействующая инерционных сил

/>„= (ЛГд- 1) G2= (1,5 - 1) 0,85-73,7 = 31,3 кН,

где KR - коэффициент динамичности, для первого расчетного положения Кд = 1,5;

0Шах - максимальный коэффициент использования сцепного веса маши­ ны, 0щах = 0,85;

G2 - сила тяжести автогрейдера, приходящаяся на его задний мост, G2= 73,7кН.

В точке О, которой обозначен конец режущей кромки ножа отвала, сосредотачиваются усилия PXi Ру и Р2, возникаюпще в результате сопро­ тивления грунта резанию.

В точках (У2 и 0 " 2, соответствующих проекциям середин баланси­ ров на опорную поверхность, действуют вертикальные реакции задних правых и левых колес Z2n и Z2n, свободные силы тяги Х2п и Х2л и боковые реакции У2п и У2л.

Боковые реакции

У2п ~ У2л= 0,5 G sin X =0,5-105,3-sin 16° = 14,5 кН.

В точке Оз, в которой передний мост касается кювета, возникает бо­ ковая реакция У\.

m z = 0: (y2n + Y2„)LX+ Х 2яЬ + Ря ^ + GsmX(Li - l)- Y x{L - A ) = 0. (6)

Определим неизвестные силы и реакции Рх, Pz, Z2n, Z ^ из уравнений равновесия, используя систему уравнений:

Px = Omaxfen + Z2„)+ P2 = 0,85 (22,2 + 35,2)+ 43,8 = 92,6KH.

Силы тяги правого и левого задних колес могут быть выражены через вертикальные реакции

Х2и= 3>п 0тах= 22,20,85 - 18,9 кН; X2jI=Z2jJ-emax= 35,2-0,85 « 29,9 кН.

Зная Х2п и Х2л, определим

fa n + rta fa + X ta b + P ij- G s in k fa - 1)

(l4,5 +14,5) • 4,8 + 29,9 ■2,0 + 31,3 • 2,0-105,3 • sin 16° • (4,8 -1,75)

= 137,6 KH;

5,83-4,8

Py = Y2n + hn - <7sin A.+ Zj = 14,5 +14,5 -105,3- sin 16° +137,6 = 137,6KH.

Далее необходимо найти усилия, действующие в т. Од - шаровом шарнире тяговой рамы, служащем опорой для правой части основной ра­ мы. Левой частью основная рама двумя точками, соответствующими точ­ кам 0*2 и 0 "2, опирается на задний мост, а средней частью - на систему подвески тяговой рамы.

Считая детали подвески тяговой рамы расположенными в одной плоскости Q (рис. 4), можно рассматривать пересечение этой плоскости с основной рамой как место заделки последней, являющееся опасным рас­ четным сечением. Для упрощения расчета принимают, что тяги подвески (штоки гидроцилиндров) находятся в вертикальной плоскости Q\ хотя в действительности плоскость Q, в которой они расположены, наклонена к вертикали под небольшим углом а. Принятое допущение несколько уве­ личит получаемые значения усилий Z4, Y4 и X,4, действующих на шаровой шарнир и, следовательно, приведет к увеличению запаса надежности.

Рис. 4. Схема сил, действующих на шаровой шарнир тяговой рамы в первом расчетном положении

Из уравнений моментов, составленных относительно осей / и z*, ле­ жащих в плоскости-gV проходящей^ через точку-Фгиперпендикулярной к оси СУ4О4, находят усилия Z4 и У4:

z4 Рх с - Р 2 т 92,6 0 ,9 -4 3 ,8 1,3 11,4 кН;

п2,32

Усилие Х4 находят из уравнения ЕХ = 0, откуда Х ^ Р х = 92,6 кН. Определив все силовые факторы основной рамы, можно подсчитать

возникающие в ней напряжения.

На рис. 5 показана схема нагружения основной рамы в первом расчет­ ном положении. Пользуясь этой схемой и размерами, указанными на рис. 3, определяют изгибающие моменты, действующие в опасном сечении I-I.

Слева от сечения I-I (со стороны моста)

К = P^a + Gi cosX (L -n)+ {Х2п + Х 2л)Л - (z2„ + Z2n)(b - п ) =

= 31,3 • 0,05 + 73,7 cos 16°(5,83 - 2,32) + (l 8,9 + 29,9) 1,11 -

-(35,2 + 22,2) (5,83 - 2,32) = 102,9кНм;

К= (*2п + *2л)(£ - и) - <?2 sin\{L - п) + {Х2п + Х 2л)Ь- =

+ (l 8,9 + 29,9)- у = 79,3 кНм;

Мкр = (*2п + Y2 n ) A - G2•sinXq+ (z2n + z 2 n ) j =

= (14,5 + 14,5)1,11-73,7sin 16° 0,46 +(18,9 + 2 9 ,9 ) ^ = 71,6 кНм;

Р = Ри +Лг2п + Х2л=31,3+ 18,9 + 29,9 = 80,1 кН.

a

Рис. 5. Схема нагружения основной рамы в первом расчетном положении

Справа от сечения I-I (со стороны переднего моста)

M l = (g - /J) + Gj cos \ n + Z4 n =

= 92,6 (0,46 - 0,25) + 31,6 • cos 16° • 2,32 + 11,4 • 2,32 = 116,4 KH;

M * = lj n —£7j sin Xn —Y4 n = 137,6 • 2,32 - 31,6sin 16° • 2,32 - -117 - 2,32 = 27,6 KH;